(生物化学ppt课件）糖代谢.ppt

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1、糖的化学概念糖类是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称,糖的分类一、单糖：不能水解的最简单糖类二、寡糖：由210分子的单糖结合而成，水解后产生单糖三、多糖：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解产生原来的单糖或其衍生物，分为同多糖和杂多糖,单糖的结构链状结构,单糖的D-及L-型离羰基最远的碳原子上的羟基在不对称碳原子的右边为D-型离羰基最远的碳原子上的羟基在不对称碳原子的左边为L-型,环状结构单糖的性质常与一般醛类有出入，经研究单糖除了链状结构外还可以以环状结构的形式存在单糖是多羟醛或多羟酮，在分子内可以形成半缩醛，从而形成环状结构凡糖分子的半缩醛羟基和分字末端羟甲基邻近的不对称碳原子的羟基

2、在碳链同侧的称为-构型凡糖分子的半缩醛羟基和分字末端羟甲基邻近的不对称碳原子的羟基在碳链异侧的称为-构型,吡喃型和呋喃型,椅式和船式构象由于糖分字中各碳原子之间都是以单键相连，C-C单键可以自由旋转，就产生了构象问题。己糖的C-C键都保持正常四面体价键的方向，不在一个平面上，而是折叠成椅式和船式两种构象。己糖及其衍生物主要以椅式构象存在，船式仅占极小比例。在水溶液中椅式、船式之间可以互变，在室温下船式结构很少，但随温度增高，船式比例相应升高，最终达到平衡。,糖代谢生物所需要的能量，主要由糖的分解代谢所供给。人类及其他生物要利用糖作为能源，首先须将比较复杂的糖分子经酶的分解作用变成单糖后才能被吸

3、收，进行代谢,糖的生理作用,1.糖是有机体重要的能源和碳源。糖分解产生能量，可以供给有机体生命活动的需要，2.糖代谢的中间产物又可以转变成其他的含碳化合物如氨基酸、脂肪酸、核苷等。3.糖的磷酸衍生物可以形成重要的生物活性物质如NAD、FAD、DNA、RNA、ATP等。4.糖蛋白、糖脂与细胞的免疫反应，识别作用有关。,6.1 糖的酶水解,糖类中的二糖及多糖在被生物体利用之前必须水解成单糖生物水解糖类的酶为糖酶，分为多糖酶和糖苷酶,淀粉（或糖原）的酶水解水解淀粉和糖原的酶称为淀粉酶。淀粉酶分为淀粉酶和淀粉酶两种。淀粉酶主要存在于动物体中淀粉酶主要存在于植物种子和块根内淀粉酶和淀粉酶都能水解淀粉及糖

4、原的1，4葡萄糖苷键，对1，6葡萄糖苷键皆无作用水解1，6葡萄糖苷键的酶为寡糖1，6葡萄糖苷键酶，其存在于小肠液中淀粉酶水截淀粉的产物为糊精和麦芽糖的混合物,6.1 糖的酶水解,6.1 糖的酶水解,二糖的水解二糖酶中最重要的为蔗糖酶，麦芽糖酶和乳糖酶，均属糖苷酶类人和动物的小肠直接吸收单糖，通过毛细血管进入血循环,6.2 糖的中间代谢,6.2 糖的中间代谢,6.2.1 糖的合成代谢,6.2.1.2 糖原的生物合成,糖原是葡萄糖的贮存形式。当细胞中能量充足时，进行糖原合成而贮存能量。当能量供应不足时，糖原分解产生ATP，以保证不间断地供应生命活动所需的能量。糖原分解与合成的速度直接影响血糖的水平

5、。糖原的分解与合成是分别进行的不同途径。,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖原的合成与分解都由非还原性末端开始。,在肝脏和肌肉中，糖原可由6磷酸葡萄糖来合成，并以糖原颗粒储存在这些组织中。,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖原的合成反应,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,（2）尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的合成,UDPG（被看成活性葡萄糖）,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,（3）糖原合成,7.2 糖的中间代

6、谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖原合成酶的催化反应,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖原合成与分解的全过程：,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖原合成代谢的调节糖原合成酶、磷酸酯酶和磷酸化酶a都是糖原合成的关键物质，控制这两种酶的cAMP是关键的关键胰岛素促进糖原生成，它有直接促进糖原合成酶的活化作用肾上腺素抑制糖原合成，促进糖原分解胰高血糖素对糖原分解的影响与肾上腺素相同，但仅限于对肝脏

7、的作用交感神经受刺激时，肾上腺素的分泌即增加，从而加强糖原的分解，使血糖水平增高以应急需,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,作为辅酶成分的维生素和某些无机离子如Mg2+、Mn2+，亦有调节糖代谢的作用。,7.2.1.3 淀粉的生物合成,植物体合成淀粉的机制基本上与糖原的生物合成相似植物含有多种可合成淀粉的1，4糖苷键的酶，其中主要的为淀粉磷酸化酶形成1，6糖苷键的酶为Q酶，可是淀粉部分1，4糖苷键变为1，6糖苷键，形成支链淀粉,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,葡萄糖1磷

8、酸经过蔗糖磷酸化酶作用可与果糖结合成蔗糖,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,糖异生作用,糖异生作用是以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。非糖物质包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及氨基酸等。,糖异生作用主要存在于肝脏和(较少量在)肾脏。,糖异生的途径基本上是糖酵解的逆行，从丙酮酸到葡萄糖的代谢中有7步是共同的可逆步骤

9、。只有3步是不可逆步骤,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,1.丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2

10、.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,人及哺乳动物的丙酮酸羧化酶存在于肝或肾的线粒体中，所以细胞液中丙酮酸经运载系统进入线粒体后才能羧化成草酰乙酸，而草酰乙酸又必须离开线粒体才能进一步转变成磷酸烯醇式丙酮酸。但草酰乙酸本身不能透过线粒体内膜，所以转变成苹果酸，天冬氨酸等通过二羧酸转运系统离开线粒体后再进一步氧化恢复成草酰乙酸,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5

11、 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,乙酰CoA能促进丙酮酸羧化酶的活性，凡可转变为乙酰CoA的脂酸代谢产物都能促进糖异生作用胰高血糖素和肾上腺激素都可促进丙酮酸羧化酶的活性，因而亦能促进糖异生作用AMP是果糖二磷酸酯酶的抑制剂，可以降低糖异生作用代谢性的酸中毒可促进烯醇式丙酮酸磷酸羧激酶的和成，从而增进糖异生作用,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2

12、.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,能量使用,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖异生的前体,1.凡能生成丙酮酸的物质都可以异生成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变为草酰乙酸而进入糖异生途径。注意：乙酰COA不能作为糖异生的前体，它不能转变为丙酮酸。因为丙酮酸脱氢酶催化反应是不可逆的。2.大多数氨基酸是生糖氨基酸，如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、半

13、胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转变成丙酮酸，酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间产物参加糖异生途径。,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,3.酵解产生的乳酸。乳酸氧化成丙酮酸参加糖异生途径变成葡萄糖4.反刍动物糖异生途径十分旺盛，牛胃细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等，奇数脂肪酸转变为琥珀酰COA参加糖异生途径合成葡萄糖。,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7

14、.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,糖异生的生理意义,糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。维持血糖水平恒定。糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。饥饿时主要为氨基酸和甘油补充糖原储备调节酸碱平衡,7.2.1.6 葡萄糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,通过己糖互变合成葡萄糖,7.2.1.6 葡萄

15、糖的生物合成,7.2.1.5 乳糖的生物合成,7.2.1.4 蔗糖的生物合成,7.2.1.3 淀粉的生物合成,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.1.2 糖原的生物合成,在肝脏及肌肉中都有糖原分解作用,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,由葡萄糖到形成丙酮酸的一系列反应称为糖酵解由丙酮酸完全氧化成CO2及H2O的一系列反应称为三羧酸循环,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,一、糖酵解作用,EMP途径的概念糖酵解

16、是指葡萄糖在酶促反应下生成丙酮酸并伴随着ATP生成的过程。酵解过程相关的酶都在细胞质中。它是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。1940年被阐明。Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,反应的亚细胞定位：细胞液（胞浆）反应过程：四个阶段,糖酵解过程,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.

17、2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,第一阶段 这一阶段的反应主要为磷酸化,1、葡萄糖磷酸化形成6磷酸葡萄糖,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,2、6磷酸葡萄糖转化成6磷酸果糖,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,3、6磷酸果糖磷酸化形成1,6二磷酸果糖,这一步反应是酵解中的关键反应。磷酸果糖激酶的活性决定了酵解的速度。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1

18、 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,第二阶段 使果糖1,6二磷酸分解成两分子丙糖磷酸,4、F1,62P裂解成3磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,5、磷酸三碳糖的同分异构化,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,前五步为准备阶段：1.葡萄糖磷酸化；2.磷酸已糖异构化；3.再次磷酸化；4.果糖一1，6二磷酸裂解；5.磷酸丙糖异构化 此阶段中，

19、葡萄糖通过磷酸化分解成三碳糖，每分解一个已糖分子消耗2分子的ATP。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,第三阶段甘油醛3磷酸氧化成甘油酸1,3磷酸，然后经过转磷酸基生成甘油酸3磷酸，后者在经过变位生成甘油酸2磷酸,6、3磷酸甘油醛氧化成1，3二磷酸甘油酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,首次氧化反应，形成高能磷酸化合物碘乙酸可强烈抑制磷酸甘油醛脱氢酶的活性，因为与酶的半胱氨酸残基上的SH反应

20、。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.1，3二磷酸甘油酸将磷酰基转给ADP生成磷酸甘油酸和ATP,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,这是糖酵解中第一个产生ATP的反应。底物水平磷酸化：ATP（GTP）的形成直接与一个代谢中间物上的磷酸基团转移相偶联的作用，其能量来源于伴随着底物的脱氢，分子内部能量的重新分布。,酵母磷酸甘油酸激酶的空间填充模型,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的

21、中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,8.3磷酸甘油酸变位形成2磷酸甘油酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,第四阶段在此阶段中，甘油2磷酸经烯醇化作用脱水成磷酸烯醇式丙酮酸，后者的磷酸基转移给ADP即得丙酮酸,9.2磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,形成高能磷酸化合物：PEP,氟化物可阻抑烯醇化酶的活力,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖

22、原的分解,10.磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,丙酮酸激酶，分子量250000，是由66000的亚基组成的四聚体。丙酮酸激酶是一个别构酶，酵解途径中的重要调节酶。这是糖酵解途径中的第二次底物水平磷酸化。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,后五步反应为产生ATP的贮能阶段6.甘油醛氧化；7.底物水平磷酸化8.变位反应；9.烯醇化10.再次底物水平磷酸化磷酸三碳糖变成丙酮酸，每分子的三碳糖产生2分子的ATP。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.

23、1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸的去路,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,生成乳酸（在无氧或暂时缺氧条件下）,乳酸脱氢酶,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,转化为乙醇（酵母菌或其它微生物中）,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,酵解与发酵概念的区别,

24、发酵（fermentation):厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇。这个过程称为酒精发酵。若将氢交给丙酮酸生成的乳酸，则是乳酸发酵。,糖酵解：葡萄糖在酶促反应下生成丙酮酸并伴随着ATP生成的过程。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,酵解过程中能量的产生EMP中伴随有能量的转变，总的来说，产生的能量比消耗的能量多,1.无氧糖酵解产生的ATP 在无氧糖酵解过程中产生4ATP,用去2ATP。即每一分子葡萄糖经酵解产生2分子丙酮酸净增2个

25、ATP，2分子NADH将H交给2分子丙酮酸生成2分子乳酸。,有氧糖酵解产生的ATP 在有氧糖酵解过程中，每分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸共产生10个ATP，消耗2个ATP，净增8个ATP,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,糖酵解的调节控制,细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,7.2.2.2 葡萄糖的分解

26、代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,1、磷酸果糖激酶的调控:磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速 度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。ATPAMP：高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，ATP的抑制作用可被AMP解除。柠檬酸：柠檬酸、脂肪酸也可抑制该酶活性。因为细胞内柠檬酸含量高，意味着有丰富的碳骨架存在（有丰富的生物合成前体），葡萄糖无须为提供碳骨架而降解。柠檬酸通过增加ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用。H+离子：当pH下降时，H+对该酶有抑制作用。（防止缺氧时有过量的乳酸形成。）2、6二磷酸果糖：是磷酸果

27、糖激酶的激活剂，增加该酶与其底物的亲和力。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,2、己糖激酶的调控其产物6-P-葡萄糖变构抑制该酶活 性。与磷酸果糖激酶的调节相一致。3、丙酮酸激酶的调控 ATP变构抑制该酶活性。丙氨酸变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。1、6二磷酸果糖对该酶有激活作用。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,糖酵解的生

28、理意义,1.糖酵解是生物界最普遍的代谢途径之一2.糖酵解在缺氧的条件下提供能量的有效途径，也是生物体在缺氧条件下的暂时适应方式。3.是进化过程中保存下来的一条原始代谢过程，在有氧的条件下，糖酵解还是剧烈的进行。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：,第一阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA）第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量）,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2

29、.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,二、丙酮酸的有氧氧化,概况,大多数动物、植物和微生物，葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，氧化脱羧形成乙酰辅酶A。乙酰辅酶A经过一系列氧化、脱羧，最终生成H2O 和CO2，并释放出大量能量的过程称为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle)又柠檬酸循环，简写为TCA循环，因为它是由H.A.Krebs正式提出，所以又称Krebs循环。,三羧酸循环在线粒体基质中进行。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,为了纪念德国科学家H

30、ans Krebs 在阐明三羧酸循环所做出的贡献，这一循环又称Krebs循环。1953年该项成就获得诺贝尔奖,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。,丙酮酸氧化脱羧是丙酮酸在有氧的条件下经丙酮酸脱氢酶系催化产生CoA和CO2的作用,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸氧化脱羧的总反应式：,反应分4步进行，由丙酮酸脱氢酶复合

31、体催化。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、氧化型硫辛酸，FAD,NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。,依赖TPP丙酮酸脱氢酶：辅基为TPP，催化丙酮酸脱羧和催化硫辛酸还原二氢硫辛酸转乙酰酶：辅基为硫辛酰胺，功能为将乙酰基转移到CoA，产生还原型硫辛酰胺二氢硫辛酸脱氢酶：辅基为FAD，功能为将还原型硫辛酰胺转变为氧化型,7.2.2.

32、2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,(1)脱羧：首先丙酮酸与TPP加合成为不稳定的络合无,后者经丙酮酸脱氢酶催化生成羟乙基硫胺素焦磷酸,(2)与硫辛酸结合形成乙酰基：在二氢硫辛酸乙酰基转移酶的作用下与TPP连接的羟乙基氧化成乙酰基并同时转移给硫辛酰胺,(3)转酰基：在二氢硫辛酸乙酰基转移酶的作用下将乙酰硫辛酸酶中的乙酰基转移给CoA形成乙酰CoA,(4)再生：二氢硫辛酰胺还原酶催化还原型硫辛酸转变为氧化型硫辛酸,丙酮酸氧化脱羧的4步反应,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖

33、的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,CoA和Acetyl-CoA,丙酮酸氧化脱羧作用,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,丙酮酸氧化脱羧反应的调控,由于从丙酮酸到乙酰CoA是一个重要的步骤，处于代谢途径的分支点，此反应体系受到严密的调节与控制。,1）产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效

34、应可以被相应反应物CoA和NAD逆转。2）可逆磷酸化作用的共价调节：E1的磷酸化和去磷酸化可使丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活。3）核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,4）砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,三羧酸循环,1.乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,柠檬酸合酶是一个调控酶，是柠檬

35、酸循环中的限速酶。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,S柠檬酰CoA,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸（顺乌头酸酶催化）,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,乌头酸酶分子内的铁硫聚簇,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,

36、7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,3.异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程三羧酸到二羧酸的转变细胞内含有二种异柠檬酸脱氢酶，一种在线粒体内，以NAD为电子受体；另一种也存在于细胞质中，以NADP为受体。需NAD异柠檬酸脱氢酶是一个别构酶，NAD、Mg2+和ADP有协同作用，NADH和ATP可以抑制酶活性。总之，细胞在具有高能状态时酶活性被抑制。在低能状态时被激活。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中

37、间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,4.-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程琥珀酰辅酶A为高能磷酸化合物反应过程分为4步，与丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸脱羧产生乙酰CoA相似,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似-酮戊二酸脱氢酶：辅基为TPP，功用为使-酮戊二酸脱羧和使硫辛酸还原二氢硫辛酸琥珀酰基转移酶：辅基为硫辛酸，功用为转琥珀酰基二氢硫辛酰胺脱氢酶：辅基为FAD，功用

38、与丙酮酸脱氢酶系中的硫辛酰胺脱氢酶相似辅助因子：TPP、硫辛酰胺、CoA、FAD、NAD+、Mg2+,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,5.琥珀酰COA转化成琥珀酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶嵌入线粒体内膜,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,TC

39、A中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,丙二酸和琥珀酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.延胡索酸被水化生成苹果酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的

40、中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,葡萄糖有氧分解代谢过程中能量的产生,1、葡萄糖分解代谢共同途径糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。,2、丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个NADH。3、三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个GTP（相当于ATP）、3个NADH和1个FADH2。,葡萄糖有氧分解共产生38个ATP。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.

41、1 糖原的分解,三羧酸循环的意义,1.TCA循环是生物体产能的有效方式，一分子葡萄糖经EMP和TCA彻底氧化成H2O、CO2，可生成38个ATP2.中间产物可以为其他物质的合成提供C骨架3.沟通脂质、蛋白质等有机物代谢，是三大物质代谢相互转换的枢纽。4.TCA循环是各类有机物共同的末端代谢,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,三羧酸循环的调控三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有 3个调控部位。1、柠檬酸合成酶（限速酶）ATP、NADH是该酶的变构

42、抑制剂，高浓度的ATP 和NADH抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高浓度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。2、异柠檬酸脱氢酶该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。3、-酮戊二酸脱氢酶该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,三、丙酮酸的其他代谢途径,7.2.2.2

43、葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,四、乙醛酸循环,乙醛酸循环主要存在于种子萌发初期和以二碳化合物为底物（能吸收乙酸或乙酰COA）的微生物中，但不存在于动物中,乙醛酸循环与三羧酸循环很相象，主要回避了两步脱羧反应。,异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A,通过乙醛酸循环使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,乙醛酸循环的两个关键酶,7.2.2

44、.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,五、戊糖磷酸途径,在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶）或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧化成CO2；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）。1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose

45、phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径。PPP途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质中进行。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,磷酸戊糖途径的反应历程,葡萄糖的氧化脱羧阶段,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2

46、 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,（二）非氧化阶段（全可逆）,（1）磷酸戊糖同分异构化生成5磷酸核糖及5磷酸木酮糖（2）磷酸戊糖通过转酮反应与转醛反应生成酵解中间产物6磷酸果糖及3磷酸甘油醛,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,两步异构化,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,三步基团转移,a.转酮反应：酮糖上的二碳单位（羟乙醛基）经转酮酶（transketolase)催化转移到醛糖的第一

47、碳上。反应要求酮糖供体的C3具有L构型，其所形成的酮糖也有同样的构型。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,b.转醛反应：由转醛酶（transaldolase)催化使磷酸酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到另一个磷酸醛糖的C1上去。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,c.转酮反应,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2

48、.1 糖原的分解,磷酸戊糖途径的调控磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,磷酸戊糖途径的意义,1、产生NADPH，为生物合成提供还原力。例如脂肪酸，固醇类物质的合成2、磷酸戊糖途径的中间产物为许多物质的合成提供原料。是细胞内不同结构糖分子的重要来源，为核酸代谢提供磷酸戊糖3、在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态。NADPH使红细胞中还原谷胱甘肽再生，对于维持红细胞还原性有重要作用4、磷酸戊糖途径是植物光合作用中从CO2到葡萄糖的部分途径。因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变,7.2.2.2 葡萄糖的分解代谢,7.2 糖的中间代谢,7.2.1 糖的合成代谢,7.2.2 糖的分解代谢,7.2.2.1 糖原的分解,